Dossiers « Une technologie dévoilée »

Un peu d'énergie pour beaucoup de chaleur

Depuis plus de trente ans la performance et la fiabilité des pompes à chaleur n’a cessé de progresser. La performance d’une PAC s’exprime par son coefficient de performance (COP), qui est le rapport « énergie thermique restituée / énergie électrique consommée ». Aujourd’hui les meilleures pompes à chaleur ont des COP égaux à 5. L’appareil vous restitue cinq fois plus d’énergie qu’il n’en consomme.

Le client paye 20 pour récupérer 100 et les 80 d’écart sont fournis gratuitement par l’environnement extérieur ! Cette énergie verte et gratuite peut être récupérée aussi bien dans l’air, l’eau ou le sol.

Ces dernières années, les innovations principales ont porté sur l’amélioration de la performance : compresseur à vitesse variable et moteur à aimants permanents, injection de vapeur, détendeur électronique, échangeurs de chaleur performants… Le champ d’investigation des travaux R&D sur les pompes à chaleur s’étend également aux problématiques d’intégration dans les bâtiments (compacité, acoustique, connexions aux capteurs et émetteurs de chaleur…), d’interactivité avec son environnement (communication avec le client, auto-adaptation selon les prévisions météorologiques…).

La consommation énergétique de l’industrie française s’élève à environ 450 TWh par an dont 300 TWh pour la production de chaleur. Les études réalisées par la R&D d’EDF montrent que les pompes à chaleur industrielles pourraient permettre de réduire les rejets thermiques industriels. Ces rejets, valorisés thermiquement par des pompes à chaleur, permettraient alors de satisfaire 36 TWh des besoins de chaleur du process industriel (soit 12 %).

L'énergie nucléaire s'est développée dans le monde sur deux axes répondant à des besoins bien spécifiques : celui de la production massive d'électricité et celui de la propulsion navale militaire (sous-marins), avec des puissances unitaires très différentes (de l'ordre de 1000 MWe pour les centrales et limitées à l'équivalent de quelques dizaines de mégawatts électriques pour les sous-marins).

Depuis quelques temps, plusieurs pays concepteurs de réacteurs envisagent de développer une offre de centrales électriques dans une gamme de puissance inférieure à 200 MWe. « Une technologie dévoilée » vous présente ces réacteurs autorisant des conceptions plus compactes et modulaires : ce sont les petits réacteurs modulaires ou SMR (Small Modular Reactor).

L’émergence des énergies renouvelables et celle des nouveaux usages de l’électricité (pompes à chaleur, véhicules électriques), la maîtrise des pointes de consommation et la volonté de toujours améliorer la qualité de fourniture ont conduit à développer de nouveaux systèmes intelligents, en particulier dans les réseaux de distribution.

Il s'agit de la gestion avancée des réseaux de distribution, composante essentielle des smart grids (ou réseaux intelligents).

Il existe différents types de géothermie (très basse, basse, moyenne et haute énergie) généralement classifiés en fonction du type de production (chaleur, électricité, cogénération). Seules les ressources de très haute température sont utilisées pour la production d’électricité (géothermie profonde).

L’électricité produite d’origine géothermale représente à ce jour un faible pourcentage des besoins électriques mondiaux mais l’émergence de nouvelles technologies devrait permettre une augmentation significative de sa contribution au mix énergétique.

La géothermie profonde connaît aujourd'hui un regain d'intérêt qui se manifeste par le dépôt et l'attribution de nombreux permis d'exploration. Découvrez les technologies associées.

Les STEP : le stockage d'énergie en grande pompe

La mise en oeuvre du stockage d'énergie par pompage est aujourd'hui plus que jamais d'actualité dans le monde. C'est le moyen de stockage électrogène le plus économique, à condition de disposer d'un réservoir en altitude qui puisse être mis en communication, par des conduites et galeries, avec un autre plan d'eau situé plus bas.

Les composants clés sont les turbines et pompes, ou turbines-pompes combinant les deux fonctions, auxquelles on demande un fonctionnement extrêmement flexible. Le stockage d'énergie par pompage est à ce jour le moyen de stockage d'énergie le plus utilisé au monde, puisque la capacité mondiale installée des usines de stockage par pompage était déjà en 2010 d'environ 140 000 MW.

En France, six stations de transfert d'énergie par pompage (STEP) ont été implantées par EDF. Ce parc est en cours de rénovation et d'extension.

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Le stockage du CO₂ : le CO₂ pris au piège

Dans le cadre de la lutte contre le réchauffement climatique, la technologie dite « CSC » (Captage et stockage géologique de CO₂) est identifiée comme une solution nécessaire pour diminuer les émissions de CO₂ dues à l'activité humaine. Ces émissions atteignent aujourd'hui 30 milliards de tonnes par an, dont la moitié seulement est piégée naturellement dans les océans, les sols et les forêts. 22 % des émissions mondiales de CO₂ proviennent du transport et 66 % des installations industrielles (centrales de production électrique à partir de combustibles fossiles, usines sidérurgiques, cimenteries, raffineries, etc.). Tous les scénarios, tels que ceux de l'Agence internationale de l'énergie (AIE) et de l'Union européenne, s'appuient sur le CSC pour réduire les émissions de CO₂. La France s'est par exemple engagée à diviser par quatre ses émissions de CO₂ à l'horizon 2050 par rapport au niveau de 1990. Le CSC est pratiquement la seule solution permettant de réduire les émissions des installations industrielles.

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Captage de CO₂ : une arme incontournable contre l'effet de serre

Dans le cadre de la lutte contre le réchauffement climatique, la technologie dite « CSC » (Captage et stockage géologique de CO₂) est identifiée comme une solution nécessaire pour diminuer les émissions de CO₂ dues à l’activité humaine. Ces émissions atteignent aujourd’hui 30 milliards de tonnes par an, dont la moitié seulement est piégée naturellement dans les océans, les sols et les forêts. 22 % des émissions mondiales de CO₂ proviennent du transport et 66 % des installations industrielles (centrales de production électrique à partir de combustibles fossiles, usines sidérurgiques, cimenteries, raffineries, etc.). Tous les scénarios, tels que ceux de l’Agence internationale de l’énergie (AIE) et de l’Union européenne, s’appuient sur le CSC pour contribuer à réduire les émissions de CO₂. La France s’est par exemple engagée à diviser par quatre les siennes à l’horizon 2050 par rapport au niveau de 1990. Le CSC est pratiquement la seule solution permettant de réduire les émissions des installations industrielles.

Les laboratoires réseaux dédiés aux smart grids : des réseaux miniatures pour des essais d'envergure

EDF R&D a développé Concept Grid, un outil d’expérimentation inédit,dédié au développement des réseaux de distribution intelligents à travers l’étude de problématiques d’intégration. Installé sur le site des Renardières (Seine-et-Marne), cet ensemble unique de moyens d’essaispermet de tester des matériels et des systèmes dans des conditions d’exploitation réelles et représentatives des réseaux de distribution existants et de les soumettre notamment à de multiples perturbations. Concept Grid se positionne ainsi à mi-chemin entre les essais de composants et les démonstrateurs en réseaux sur le terrain.

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Le solaire thermodynamique à concentration : le solaire au zénith

Contrairement au photovoltaïque qui peut perdre 80% de sa puissance en quelques secondes lors de passages nuageux, les centrales solaires thermodynamiques ont une inertie thermique qui permet de limiter l'intermittence. Elles peuvent être équipées d'un stockage thermique de plusieurs heures et ainsi être exploitées lorsque l'énergie solaire n'est pas disponible. Le stockage permet d'étendre ou de déplacer la période de production dans le temps et de rendre la prévision de productible plus fiable. Les centrales peuvent être facilement hybridées avec des combustibles fossiles. Les technologies solaires thermodynamiques sont actuellement plus chères que le photovoltaïque et ont de moindres perspectives de baisse de coût à court terme. Des projets aux Etats-Unis ont ainsi été reconvertis en projets photovoltaïques. Cependant, cet état de fait résulte des critères de choix en vigueur dans la plupart des appels d'offres où seul le coût de revient de l'électricité est pris en considération. On ne tient pas compte des bénéfices apportés par le stockage ou l'hybridation et des coûts évités par la substitution de moyens de pointe coûteux et fortement émetteurs de gaz à effet de serre.

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